Э. Таненбаум - Компьютерные сети. (4-е издание) (DJVU) (1130092), страница 171
Текст из файла (страница 171)
Следует хорошо понимать, что измеряется Когда вы измеряете время чтения удаленного файла, результаты ваших измерений зависят от сети, операционной системы клиента и сервера, аппаратного интерфейса сетевых карт, их драйверов и других факторов. Если все делать внимательно, то в конечном итоге вы получите значение времени передачи файла для данной конфигурации. Если вы ставите перед собой цель настроить именно эту конкретную конфигурацию, то беспокоиться не о чем. 640 Глава 6. Транспортный уровень Однако если вы проводите сходные измерения на трех различных системах, чтобы выбрать, какую сетевую карту купить, то ваши результаты могут оказаться никуда не годными из-за того, что какой-нибудь сетевой драйвер окажется неудачным и использующим лишь 10 Ж производительности сетевой карты, Будьте осторожны с экстраполяцией результатов Предположим, вы что-нибудь измеряете (например, время ответа удаленного хоста), моделируя нагрузку сети от 0 (простой) до 0,4 (40 Ж мощности), как показано жирной линией на рис.
6.35. Может оказаться соблазнительным линейно экстраполировать полученную кривую (пунктир). Однако в действительности многие параметры в теории массового обслуживания содержат в качестве сомножителя 1/(1 — р), где р — нагрузка, поэтому истинная кривая зависимости будет больше походить на гиперболу, показанную штриховой линией. йз о а сз 2 й 0 0,1 0,2 О,З 0,4 0,5 0,5 0,7 О,В 0,9 1,0 Нагрузка Рис. 6.35. Зависимость времени ответа от нагрузки Проектирование производительных систем Измерения и настройки часто позволяют значительно улучшить производительность сети, однако они никогда не заменят хорошо разработанного проекта.
Плохо спроектированная сеть может быть усовершенствована только до определенного уровня. Для дальнейшего увеличения ее производительности ее потребуется переделать с нуля. В данном разделе мы рассмотрим несколько эмпирических правил, основанных на опыте работы со многими сетями. Эти правила касатотся не только устройства сети, но и системных аспектов, так как программное обеспечение и операционные системы часто оказываются важнее, чем маршрутизаторы и интерфейсные Вопросы производительности 641 карты. Большинство этих идей известны разработчикам сетей уже много лет и передаются из уст в уста от поколения к поколению.
Впервые они были открыто записаны Моголом (Мойц!, 1993). Наше повествование во многом пересекается с его книгой. Другим источником по этой же теме является (Месса!(е, 1993). Правило 1: скорость центрального процессора важнее скорости сети Длительные эксперименты показали, что почти во всех сетях накладные расходы операционной системы и протокола составлясот основное время задержки сетевой операции. Например, теоретически минимальное время вызова удаленной процедуры (КРС, Рсешосе Ргосес)цге Са!1) в сети Ес)сегпес составляет 102 мкс, что соответствует минимальному запросу (64 байта), на который приходит минимальный (64-байтовый) ответ. На практике значительным достижением считается хотя бы какое-нибудь снижение накладных расходов, возникающих за счет программного обеспечения при вызове удаленной процедуры.
Аналогично, при работе с гигабитной линией основная задача заключается в достаточно быстрой передаче битов из буфера пользователя в линию, а также в том, чтобы получатель смог обработать их с той скоростью, с которой они приходят. Короче говоря, удвоение производительности процессора нередко может привести к почти удвоению пропускной способности канала. Удвоение же пропускной способности линии часто не дает никакого эффекта, поскольку узким местом обычно являются хосты, Правило 2: уменьшайте число пакетов, чтобы уменьшить программные накладные расходы Обработка каждого ТРП(3-модуля подразумевает определенное количество накладных расходов на каждый модуль (то есть на обработку его заголовка) и определенные затраты при обработке каждого байта (например, при подсчете контрольной суммы).
При отправке 1 млн байт побайтовые затраты времени процессора на обработку не зависят от размера ТРШ)-модуля. Однако при использовании 128-байтовых ТРП()-модулей затраты на обработку заголовков будут в 32 раза выше, чем для ТРОП-модулей размером 4 Кбайт. И эти затраты увеличиваются очень быстро.
Помимо накладных расходов на обработку заголовков ТР1ПЗ-модулей, следует рассмотреть накладные расходы нижних уровней Прибытие каждого пакета вызывает прерывание. В современных К1ЯС-процессорах каждое прерывание наРушает работу процессорного конвейера, снижает эффективность работы каша, требует изменения контекста управления памятью и сохранения в стеке значительного числа регистров процессора. Таким образом, уменьшение на и числа посылаемых ТРПБ-модулей дает снижение числа прерываний и накладных расходов в целом в и раз.
Данное наблюдение служит аргументом в пользу сбора значительного количества данных перед их отправкой с целью снизить количество прерываний у по- 642 Глава 6. Транспортный уровень лучателя, Алгоритм Нагля и предложенный Кларком метод избавления от син- дрома глупого окна действуют именно в этом направлении, Процесс пользователя, работающий во время прихода пакета Получающий процесс Сетевой менеджер Пространство пользователя Пространство ядра Рнс. 6.36. Четыре переключения контекста для обработки одного пакета в сети, в которой сетевой менеджер находится в пространстве пользователя Правило 4: минимизируйте число операций копирования Еще больше времени процессора отнимается излишним копированием пакета. Часто полученный пакет копируется три или четыре раза, прежде чем содержа щийся в нем ТРР~3-модуль доставляется по назначению.
Сначала пакет принимается сетевым интерфейсом в специальный аппаратный буфер, расположенный Правило 3: минимизируйте количество переключений контекста переключения контекста (например, из режима ядра в режим пользователя) обладают рядом неприятных свойств, в этом они сходны с прерываниями. Самое неприятное — потеря содержимого кэша.
Количество переключений контекста может быть снижено при помощи библиотечной процедуры, посылающей данные во внутренний буфер до тех пор, пока их не наберется достаточное количество, Аналогично, на получающей стороне небольшие ТРР0-модули следует собирать вместе и передавать пользователю за один раз, минимизируя количество переключений контекста. В лучшем случае прибывший пакет въшывает одно переключение контекста из текущего пользовательского процесса в режим ядра, а затем еще одно переключение контекста при передаче управления принимающему процессу и предоставлении ему прибывших данных.
К сожалению, во многих операционных системах происходит еще одно переключение контекста. Например, если сетевой менеджер работает в виде отдельного процесса в пространстве пользователя, поступление пакета вызывает передачу управления от процесса пользователя ядру, затем от ядра сетевому менеджеру, затем снова ядру и, наконец, от ядра получающему процессу. Эта последовательность переключений контекста показана на рис. 6.36.
Все переключения контекста при получении кажлого пакета сильно расходуют время центрального процессора и существенно снижают производительность сети. Вопросы производительности 643 сетевой карте. Из аппаратного буфера пакет копируется в системный буфер ядра, откуда он копируется в буфер сетевого уровня, а затем — в буфер транспортного уровня и, наконец, доставляется получающему приложению.
' Грамотно разработанные операционные системы копируют по одному машинному слову за такт процессора, но нередки случаи, когда копирование одного слова требует пять инструкций процессора (считывание, запись, увеличение на единицу индексного регистра, проверка на конец данных и условный переход на начало цикла). Если на одно копирование 32-битного слова требуется пять инструкций процессора, то при трех операциях копирования каждого пакета на кюкдый скопированный байт приходится 15/4, или почти 4 команды.
На машине с производительностью в 500 млн инструкций в секунду (500 М1РЯ) каждая команда выполняется за 2 нс, следовательно, копирование каждого байта будет производиться процессором в течение 8 цс (около 1 нс на бит). Значит, максимальная скорость ограничивается 1 Гбит/с.
С учетом накладных расходов на обработку заголовка и переключения контекстов, возможно, удастся достичь скорости в 500 Мбит/с, а ведь мы еше не учли обработку самих данных, Очевидно, что о поддержке 10-гигабитной линии не может быть и речи. В действительности поддержка линии со скоростью в 500 Мбит/с также может оказаться абсолютно невозможной. В приведенных расчетах мы предполагали, что машина с производительностью 500 М1РБ может выполнить 500 млн любых инструкций в секунду. На самом деле, машина может работать с такой скоростью, только если она не обращается к памяти. Операции с памятью часто оказываются в десятки раз медленнее, чем операции с использованием только внутренних регистров (на выполнение инструкции расходуется около 20 нс).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
